Красные водоросли под названием Porphyra и их предки процветали в течение миллионов лет в суровых условиях приливной зоны, подвергаясь воздействию колебаний температуры, сильного ультрафиолетового излучения, сильного солевого стресса и высыхания.
Красные водоросли представляют собой одни из древнейших небактериальных фотосинтезирующих организмов на Земле и одну из самых древних многоклеточных линий. Они также фундаментально интегрированы в человеческую культуру и экономику по всему миру. Некоторые красные водоросли играют важную роль в строительстве коралловых рифов, в то время как другие служат «морскими водорослями» в качестве пищи, которая является неотъемлемой частью различных обществ. Порфиру добавляют в салаты (как родственные роды водорослей), ее называют «нори» в Японии, где ею заворачивают суши, и «водорослью» в Уэльсе, где она является традиционным и питательным пищевым ингредиентом.
Несмотря на экологическое, эволюционное и коммерческое значение Porphyra, до сих пор относительно мало известно о ее молекулярной генетике и физиологии.
Вот почему группа ученых-растений, включая Артура Гроссмана из Карнеги, секвенировала и проанализировала полный геном красной водоросли Porphyra umbilicalis. Генетический состав этого необычайно выносливого организма позволил исследователям лучше понять эволюцию красных водорослей и то, как эти организмы справляются со своей жестокой приливной средой обитания.
Их результаты опубликованы Proceedings of the National Academy of Sciences.
Проведенный группой анализ показал, что Porphyra и другие красные водоросли имеют минимальное количество структурных элементов, составляющих их клеточный цитоскелет, по сравнению с другими типами многоклеточных организмов. Это может объяснить, почему многоклеточные красные водоросли имеют тенденцию быть «маленькими» по размеру.
Кроме того, команда обнаружила гены клеточных процессов, которые помогают Porphyra и ее предкам выживать в экстремальных условиях, включая «солнцезащитные» соединения для защиты от УФ-излучения и другие соединения, которые позволяют им выдерживать высыхающие условия. к различным белкам, которые смягчают потенциально токсичные последствия поглощения сильного солнечного света. Кроме того, чрезвычайно эластичные, гибкие стенки клеток Porphyra позволяют им резко изменять свой объем, поскольку они теряют воду, когда они запекаются на солнце и высыхают на ветру, а также выдерживают силы бьющихся волн.
«Информация, которую мы почерпнули из генома Porphyra, показывает нам, насколько разные красные водоросли», - объяснил Гроссман. «Но также интересно отметить, что организмы, эволюционно связанные с красными водорослями, оказали глубокое влияние на здоровье человека и морские экосистемы."
Например, одна группа организмов, которые произошли от красных водорослей, apicomplexans, не является фотосинтезирующим и включает паразитов плазмодия, вызывающих малярию. Другая группа водорослей, которая произошла от красных водорослей, динофлагелляты, отвечает за ядовитые красные приливы, но также является поставщиком питательных веществ, поддерживающих кораллы, которые служат основой рифов (которые являются домом для многих животных).
Как утверждает Гроссман, «По мере того, как мы узнаем больше о различных группах водорослей и истории их эволюции, мы узнаем больше о биотических столпах, которые продолжают оставаться основной основой для поддержания и формирования жизни на нашей планете».